JP3240397U - 旋回式ローラーヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】姿勢を変え加圧の方向を変更するだけで、プッシュ形式とプル形式の両方の加圧方式に対応できる旋回式ローラーヘッドを提供する。【解決手段】旋回式ローラーヘッドは、長手方向軸を形成するハウジングと、ハウジング内に搭載され、駆動軸を有するモーターと、モーターと動作可能に連動するローラーパッケージと、ハウジングに動作可能に結合した付勢ユニットと、長手方向軸からオフセットして、付勢ユニットと結合した取り付けフランジと、を備え、駆動軸の回転は、旋回式ローラーヘッドの長手方向軸周りのローラーパッケージの回転に作用し、付勢ユニットが、ローラーパッケージを長手方向軸に沿ってハウジングから離れる方向に付勢するよう構成されたプッシュ形式付勢デバイスと、ローラーパッケージを長手方向軸に沿ってハウジングへ向かう方向に付勢するよう構成されたプル形式付勢デバイスとを備えた。【選択図】図4

Description

本考案はロボットローラーヘミングに用いられる旋回式ローラーヘミングヘッドに関する。
ローラーヘミング加工は、2枚の金属板を接合してワークを組み立てるために用いることができる。例えば、2枚のパネル状ワークを接合して車両用ドアパネル等を成形することができる。典型的なローラーヘミング加工時には、2枚のパネル状ワークのうちアウターパネルの周縁がその外周全体に沿って垂直に折り曲げられ、そしてアウターパネルは金型に固定される。次に、インナーパネルがアウターパネル上に重ねられる。2枚のパネルが積み重ねられた状態で、アウターパネルの周縁に対してローラーヘッドで押圧することによって垂直に折り曲げられたアウターパネルの外縁が、インナーパネルの外縁上に更に折り曲げられ、2枚のパネルは接合する。ローラーヘッドは、被ヘミング材に対しローラーヘッドを動かして金属板をヘミング加工するロボットアームに装着可能である。ローラーはロボットによって駆動されるため、加工品質または被ヘミング材の折り曲げ形状は、ロボットの位置決め精度に左右される。
ローラーヘミング加工の品質および/または速度を向上する改良されたローラーヘッドが継続して必要とされている。さらに、ローラーヘミング加工時において同時に追加のロボットが被ヘミング材に接近できるよう動作範囲を縮小する改良されたローラーヘッドが継続して必要とされている。
このような背景から特許第6128670号で、図8に示すような旋回式ローラーヘッドが提案されている。旋回式ローラーヘッドはローラーを加圧する軸に駆動モーターを設け、加圧軸が旋回できるよう構成している。またロボットハンドに装着する取り付けフランジをローラーヘッドの加圧軸からオフセットし、かつ角度をつけて設定するなどの工夫により、ローラーヘミング加工時のロボットアームの動作範囲を縮小することが可能としている。
また加工圧力を一定に保持する付勢ユニットは、ローラーヘミング加工するワークの態様により、ローラーを加圧軸に沿ってワークの方向に付勢する構成(プッシュ形式)と、反対にワークの反対の方向に付勢する構成(プル形式)を組み替えることにより、切り替えて使用できるとされている。
通常のローラーヘミング加工においては、ワークを載置するアンビルの外側にローラーヘミングロボットを配置するため、プッシュ形式のローラーヘッドの方がヘミング速度等で有利である。しかしワークの曲がりが厳しい部分などプッシュ形式のローラーヘッドでは、ローラーヘッドまたはロボットアームとワークが干渉してしまうため(図1参照)、ローラーヘッドの姿勢を反転させられるプル形式での加工も必要となる。結局複雑なワークの形状をローラーヘミング加工する場合においては、旋回式ローラーヘッドの持つ高速度の加工能力を最大限発揮させるためには、プッシュ形式のローラーヘッドを備えたロボットと、プル形式のローラーヘッドを備えたロボットの2つのロボットが必要となる場合があるという問題がある。
特許第6128670号
本考案は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的はローラーヘッドの姿勢を変え加圧の方向を変更するだけで、プッシュ形式とプル形式の両方の加圧方式に対応できる旋回式ローラーヘッドを提供することにある。
請求項1に係る考案は、旋回式ローラーヘッドの長手方向軸を形成するハウジングと、前記ハウジング内に搭載され、駆動軸を有するモーターと、前記モーターと動作可能に連動するローラーパッケージと、前記ハウジングに動作可能に結合した付勢ユニットと、
前記長手方向軸からオフセットして、前記付勢ユニットと結合した取り付けフランジとを備え、前記駆動軸の回転は、前記旋回式ローラーヘッドの長手方向軸周りの前記ローラーパッケージの回転に作用し、前記付勢ユニットが、前記ローラーパッケージを長手方向軸に沿って前記ハウジングから離れる方向に付勢するよう構成されたプッシュ形式付勢デバイスと、前記ローラーパッケージを長手方向軸に沿って前記ハウジングへ向かう方向に付勢するよう構成されたプル形式付勢デバイスとを備えたこと、を特徴とする旋回式ローラーヘッドに関する。
この構成によれば、ハウジングに搭載されたモーターによりローラーパッケージを旋回
させることができるので、複雑な加工経路へのローラーヘッドの追従性が向上すると共にヘミング加工時のロボットアームの動作範囲が低減し、加工速度の向上及びロボット同士の干渉の低減を図ることができる。加えて付勢ユニットが、プッシュ形式とプル形式の両方の加圧方式に対応できる構成とすることで、加工中にローラーヘッドの姿勢を180度反転させてヘミング加工できるようにし、曲がりの厳しいワークも1台のヘミング加工ロボットでワークとの干渉を避けながらヘミング加工できるようにした。
請求項2に係る考案は、請求項1に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記付勢ユニットはガイド軸とガイド軸を収容するスライド可能なインサートを有し、前記インサートは前記ハウジングのトッププレートとベースプレートの間に配置されることを特徴とする。
この構成によれば、付勢ユニットを構成するインサートがガイド軸に拘束されて長手方向軸に沿ったスライド動作に限定されることで、ローラーパッケージの正確な動作が実現できる。
請求項3に係る考案は、請求項2に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記付勢ユニットは、プッシュ形式付勢デバイスにおいて長手方向軸と平行な付勢ユニットの動作を制限する前記ベースプレートに当接する停止面と、プル形式付勢デバイスにおいて長手方向軸と平行な付勢ユニットの動作を制限する前記トッププレートに当接する停止面と、とを有することを特徴とする。
この構成によれば、付勢ユニットを構成するインサートの上下停止面が、ハウジングのベースプレート及びトッププレートに当接することにより、付勢ユニットのスライド動作が所定のストロークに制限できる。
請求項4に係る考案は、請求項3に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記付勢ユニットはスプリングを有し、プッシュ形式付勢デバイスにおいて前記スプリングは前記インサートに形成した下部スプリング孔と前記ベースプレートの間に配置され、プル形式付勢デバイスにおいて前記スプリングは前記インサートに形成した上部スプリング孔と前記トッププレートの間に配置するように構成されることを特徴とする。
この構成によれば、付勢ユニットの付勢手段としてスプリングを使用するので、付勢手段は安価な構成で正確な加工圧力を発生させることができる。
請求項5に係る考案は、請求項4に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、請求項4に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記モーターの駆動軸から入力を受け取り、ギアボックスを介して前記ローラーパッケージに回転可能に固定された出力軸を駆動することを特徴とする。
この構成によれば、モーターの駆動によりローラーパッケージが回転可能に構成されているので、ロボットアームの動作を最小限に抑えて複雑な加工経路にも対応できる。またローラーパッケージの出力軸に加わる軸方向及び横方向の荷重を、強度を確保したギアボックスが受けるので、モーターの耐久性が確保される。
請求項6に係る考案は、請求項5に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記取り付けフランジは、長手方向軸との間で取り付け角度を形成する取り付け面を有することを特徴とする。
ロボットハンドへの取り付け面と長手方向軸との間に適切な取り付け角度を設定することで、ローラーヘミング加工時のロボットアームの動作範囲を低減し、加工速度の向上及びロボット同士の干渉の低減を図ることができる。
請求項7に係る考案は、請求項6に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記取り付け角度は約30°から約60°の範囲であることを特徴とする。
ロボットハンドへの取り付け面と長手方向軸との間の角度を約30°から約60°の範囲に設定することで、特にローラーヘミング加工時のロボットアームの動作範囲を低減し、加工速度の向上及びロボット同士の干渉の低減の効果を最大に発揮することができる。
請求項8に係る考案は、請求項9に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記取り付けフランジは前記長手方向軸から側方にオフセットすること特徴とする。
ロボットハンドへの取り付け面を長手方向軸から適切な距離オフセットさせることで、更にローラーヘミング加工時のロボットアームの動作範囲を低減し、加工速度の向上及びロボット同士の干渉の低減を図ることができる。
旋回式ローラーヘッドをプッシュ形式とプル形式の両方の加圧方式に対応できる構成とすることで、ローラーヘッドの姿勢を反転させて加圧方向を変えるだけで、曲がりの厳しいワークも1台のヘミング加工ロボットでワークとの干渉を避けながらヘミング加工できるようにした。
本考案に係る旋回式ローラーヘッドがプル形式に切り替えてローラーヘミング加工している、システムのアイソメ図である。 本考案に係る旋回式ローラーヘッドを装着したローラーヘミング加工ロボットシステムの全体図である。 3つの図面は付勢ユニットの断面で、3-aはローラーに加工圧力がかかっていない状態、3-bはプッシュ形式の加工圧力がかかった状態。3-cはプル形式の加工圧力がかかった状態を示す。 本考案に係る旋回式ローラーヘッドの斜視図である。 本考案に係る旋回式ローラーヘッドの各部品を展開した組立分解図である。 本考案に係る旋回式ローラーヘッドの側面図である。 本考案に係る旋回式ローラーヘッドの付勢ユニットの断面図である。 特許第6128670号に係る従来型旋回式ローラーヘッドの付勢ユニットの断面図である。 従来型旋回式ローラーヘッドを装着してローラーヘミング加工を行っているシステムのアイソメ図である。
10 ロボットアーム
11 ロボット制御装置
20 ツール結合器
100 旋回式ローラーヘッド
110 取り付けフランジ
112 取り付け面
120 付勢ユニット
127 インサート
126a ガイド軸
126b リニアブッシュ
127a 上部停止面
127b 下部停止面
128a 上部スプリング
128b 下部スプリング
128c 上部取り付けボルト
128d 下部取り付けボルト
129a 上部スプリング孔
129b 下部スプリング孔
130 ハウジング
132 トッププレート
134 ベースプレート
136 ローラー取り付け部材
138 サイドプレート
150 モーター
152 制御装置
154 駆動軸
158 出力軸
156 ギアボックス
159 取り付け軸
160 ローラーパッケージ
162 本体
163 コネクター
164 第1ヘミングヘッド
166 第2ヘミングヘッド
171 プル形式付勢デバイス
172 プッシュ形式付勢デバイス
旋回式ローラーヘッドは、旋回式ローラーヘッドの長手方向軸から側方にオフセットした取り付けフランジを有する。さらに、取り付けフランジは、長手方向軸から取り付け角度だけオフセットした取り付け平面を形成することができる。長手方向軸から取り付けフランジをオフセットすることで、ローラーヘミング時に旋回式ローラーヘッドを操作するロボットアームの動作範囲の高さや長さを縮小している
加えて付勢ユニットが、プッシュ形式とプル形式の両方の加圧方式に対応できる構成とすることで、ローラーヘッドの姿勢を加工中に180度反転させて加圧方向を変えてヘミング加工できるようにした。これにより曲がりの厳しいワークも1台のヘミング加工ロボットでワークとの干渉を避けながらヘミング加工できるようにした。
図9は、図8に示す従来型の旋回式ローラーヘッドをロボットアームに装着して、ロボットローラーヘミング加工を行ってわせた状況を、アイソメ図で示している。ワークはテールゲートだが、このワークには曲がりの厳しい部位があり、ローラーヘッドがその部位に至るとローラーヘッドがワークと干渉し加工できない状況を示している。〇で囲った部分が該当するローラーヘッドの部位である。
一方図1は同じワークに対し、本考案に係るプッシュ形式とプル形式の両方の加圧方式に対応できる旋回式ローラーヘッドをロボットアームに装着して、ロボットローラーヘミング加工を行ってわせた際の状況を、アイソメ図で示している。プッシュ形式で通常の部位を加工しているが、曲がりの厳しい当該部位ではローラーヘッドの方向を逆転してプル形式のヘミング加工に瞬時に変更することにより、ローラーヘッドとアンビルとの干渉を避け、ヘミング加工が可能となっている。〇で囲った部分が該当するローラーヘッドの部位である
旋回式ローラーヘッドは、旋回式ローラーヘッドの長手方向軸から側方にオフセットした取り付けフランジを有する。さらに、取り付けフランジは、長手方向軸から取り付け角度だけオフセットした取り付け平面を形成することができる。長手方向軸から取り付けフランジをオフセットすることで、ローラーヘミング時に旋回式ローラーヘッドを操作するロボットアームの動作範囲の高さや長さを縮小している。
ローラーヘミング時に、旋回式ローラーヘッドを動かすと、旋回式ローラーヘッドのモーターは、ローラーパッケージを旋回式ローラーヘッドの長手方向軸周りに回転する。旋回機構を持たないローラーヘッドと比較すると、旋回式ローラーヘッドはワーク複雑な加工経路に追従するために必要なロボットアームの動きを大幅に減少させる。
つぎに本考案の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図2について詳しく説明する。取り付けフランジ110は、取り付け面112を有する。ロボットアーム10のツール結合器20は、付勢ユニット120に取りけられた取り付けフランジ110を備える取り付け面112に着脱可能に結合されている。取り付けフランジ110は、ハウジング130のベースプレート134に近接して配置され、ロボットアーム10が旋回式ローラーヘッドの側方から延びるようハウジング軸H-Hからオフセットしている。
取り付けフランジ110の取り付け面112は、ハウジング軸H-Hと取り付け角度θを形成する取り付け平面Pを形成している。図に示すように、ツール結合器を介してロボットアーム10は取り付けフランジ110に取り付けられる。旋回式ローラーヘッドの長手方向軸と取り付けフランジ110の取り付け角度θはこの実施形態では約45度だが望ましくは30度から60度の範囲である。この角度範囲の場合、旋回式ローラーヘッドを駆動するロボットアームの動きを最大限抑制することができる。
図4及び図5について説明する。旋回式ローラーヘッド100は、ヘミング加工時にワークの加工経路に追従するため、旋回式ローラーヘッド100のローラーパッケージ160の加圧軸を動作可能に駆動するモーター150を備えている。モーター150はワークの加工経路に従ってローラーパッケージ160をハウジング軸H―H周りに回転させ、ロボットアーム10のの動作範囲を抑制し、加工速度を増大させる。
モーター150は、制御装置152と駆動軸154を備える。モーター150は、サイドプレート138の間に配置され、ハウジング130のベースプレート134の上面134aに取り付けられている。ハウジング130のトッププレート132は、サイドプレート138に固定されている。
制御装置152は、旋回式ローラーヘッド100が被ヘミング材の周囲を移動する動きに合わせて、ローラーパッケージ160がハウジング軸H―H周りに回転させられるようにモーター150を制御する動作制御装置である。制御装置152は、ロボットアーム10のロボット制御装置11の一部とすることができ、もしくは図2でロボット制御装置11と相互接続する制御装置152´によって示されるように独立の装置とすることができる。制御装置152をロボット制御装置11に統合することにより、コスト低減を図ることができると想定される。例えば、ロボットアーム10は動作について合計6自由度を持ち、各動作軸に対して1つの自由度が割り当てられるとすると、モーター150は7番目の自由度としてローラーパッケージ160の回転を制御することができる。その上、制御装置152をロボット制御装置11に統合すると、ロボットアーム10と旋回式ローラーヘッド100は協働して機能することが可能になる。
旋回式ローラーヘッド100は、駆動軸154の回転をローラーパッケージ160の回転に変換するギアボックス156を備える。ギアボックス156は、駆動軸154から入力を受け取り、駆動軸154の回転を出力軸158を介して出力に変換する。出力軸158は、ローラー取り付け部材136に回転可能に固定されている。取り付け軸159は、長手方向軸に沿ってハウジング130から離れる方向にローラー取り付け部材136から延出している。出力軸158が回転するとローラーパッケージ160がハウジング軸H-H周りに回転するように、取り付け軸159はローラーパッケージ160に取り付けられている。駆動軸154からの入力角速度を減速しながら、ギアボックス156はトルクを増加して出力軸158を回転すると想定される。
図5及び図6について説明する。ローラーパッケージ160は、本体162と第1ヘミングヘッド164と第2ヘミングヘッド166とを備える。第1ヘミングヘッド164はハウジング軸H-Hに対して直交するR-R軸周りに回転可能であり、第2ヘミングヘッドはハウジング軸H-Hに対して直交しR-R軸に対して垂直なT-T軸を形成する。
図5から図8を用いて付勢ユニット120について説明する。付勢ユニット120は取り付けフランジ110とハウジング130との間に横並びに配置されている。付勢ユニット120は、トッププレート132とベースプレート134の間に垂直に配置されている。付勢ユニット120は、長手方向軸H-Hに平行なハウジング130の動きを止める上部停止面127aと下部停止面127bとを有するインサート127を備える。
また付勢ユニットは、下部にローラーパッケージを長手方向軸に沿ってハウジングから離れる方向に付勢するよう構成されたプッシュ形式付勢デバイス172と、上部にローラーパッケージを長手方向軸に沿ってハウジングへ向かう方向に付勢するよう構成されたプル形式付勢デバイス171とを備える。
図3と図7を用いて説明すると、プッシュ形式付勢デバイス172は付勢ユニット120下部の、下部スプリング孔129b、下部スプリング128b及び下部取り付けボルト128dで構成されている。インサート127下部の下部停止面127bから本実施形態では2つの下部スプリング孔129bがインサート127長手方向に沿って中間部位辺りまで形成され、各々の孔に下部スプリング128bが挿入され下部取り付けボルト128dで固定されている。
他方プル形式付勢デバイス171は付勢ユニット120上部の、上部スプリング孔129a、上部スプリング128a及び上部取り付けボルト128cで構成されている。インサート127上部の上部停止面127aから本実施形態では2つの上部スプリング孔129aがインサート127長手方向に沿って中間部位辺りまで形成され、各々の孔に上部スプリング128aが挿入され下部取り付けボルト128cで固定されている。
インサート127はトッププレート132とベースプレート134の間に摺動可能に配置されている。すなわちインサート127には長手方向に本実施形態では2つの挿通孔が形成され、各々の挿通孔にはリニアブッシュ126bを介してガイド軸126aが挿通され、ガイド軸126aの上端部、下端部はそれぞれトッププレート132とベースプレート134に支持されている。
また前記プッシュ形式付勢デバイス172およびプル形式付勢デバイス171は、インサート127がトッププレート132とベースプレート134と上下同じ間隔を保って初期位置に配置されるよう各々長さを調整されている。上下の間隔は本実施形態では10mm程度に設定している。
ロボットアーム10の作動により、プッシュ形式のヘミング加工による加工圧力がローラーからハウジングに作用すると、インサート127はハウジング130に対し相対的にワークの方向に移動し、インサート127の下部停止面127bはベースプレート134の上面に当接して動きを止める。
反対にプル形式のヘミング加工による加工圧力がローラーからハウジングに作用すると、インサート127はハウジング130に対し相対的にワークから離れる方向に移動し、上部停止面127aはトッププレート132の底面132aに当接して動きを止める。
インサート127がトッププレート132またはベースプレート134に当接してロボットアーム10の作動圧力が直接加わる状態になると、正確な加工圧力が加わらなくなる。従って実際にヘミング加工を行う際には、上下の間隔が3~5mmになるよう維持して、スプリングの応力が加工圧力として加わるよう管理している。
本開示のいくつかの実施形態について図を用いて説明してきたが、当技術分野が可能である範囲で広く解釈され、そして明細書も同様に解釈されるよう意図しているものであり、この開示を制限しようとするものではない。上述の実施形態のいずれの組み合わせも想定され、添付実用新案登録請求の範囲内である。したがって、上記説明は限定するものとして解釈されるべきではなく、単に特定の実施形態の例示にすぎない。

Claims (8)

  1. 旋回式ローラーヘッドの長手方向軸を形成するハウジングと、
    前記ハウジング内に搭載され、駆動軸を有するモーターと、
    前記モーターと動作可能に連動するローラーパッケージと、
    前記ハウジングに動作可能に結合した付勢ユニットと、
    前記長手方向軸からオフセットして、前記付勢ユニットと結合した取り付けフランジと、
    とを備え
    前記駆動軸の回転は、前記旋回式ローラーヘッドの長手方向軸周りの前記ローラーパッケージの回転に作用し、
    前記付勢ユニットが、前記ローラーパッケージを長手方向軸に沿って前記ハウジングから離れる方向に付勢するよう構成されたプッシュ形式付勢デバイスと、前記ローラーパッケージを長手方向軸に沿って前記ハウジングへ向かう方向に付勢するよう構成されたプル形式付勢デバイスとを備えたこと、
    を特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  2. 請求項1に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記付勢ユニットはガイド軸とガイド軸を収容するスライド可能なインサートを有し、前記インサートは前記ハウジングのトッププレートとベースプレートの間に配置されることを特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  3. 請求項2に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記付勢ユニットは、プッシュ形式付勢デバイスにおいて長手方向軸と平行な付勢ユニットの動作を制限する前記ベースプレートに当接する停止面と、プル形式付勢デバイスにおいて長手方向軸と平行な付勢ユニットの動作を制限する前記トッププレートに当接する停止面と、とを有することを特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  4. 請求項3に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記付勢ユニットはスプリングを有し、プッシュ形式付勢デバイスにおいて前記スプリングは前記インサートに形成した下部スプリング孔と前記ベースプレートの間に配置され、プル形式付勢デバイスにおいて前記スプリングは前記インサートに形成した上部スプリング孔と前記トッププレートの間に配置するように構成されることを特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  5. 請求項4に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記モーターの駆動軸から入力を受け取り、ギアボックスを介して前記ローラーパッケージに回転可能に固定された出力軸を駆動することを特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  6. 請求項5に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記取り付けフランジは、長手方向軸との間で取り付け角度を形成する取り付け面を有することを特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  7. 請求項6に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記取り付け角度は約30°から約60°の範囲であることを特徴とする旋回式ローラーヘッド。
  8. 請求項7に記載の旋回式ローラーヘッドにおいて、前記取り付けフランジは前記長手方向軸から側方にオフセットすること特徴とする旋回式ローラーヘッド。

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